基于可重构分布式控温的高稳定度热控系统研究

随着光学遥感卫星分辨率的不断提高,光学系统的口径和焦距越来越大,空间光学系统对大面积、高稳定度温度控制的需求越来越突出,而集中控温模式存在热控引线多且走线困难、测温稳定性差等不足,难以满足光学系统大面积高稳定度的控温需求.提出了一种主控加远端的分布式控温系统构架和基于差分比例电阻的高稳定度测温方法,研制了基于分布式的可重构控温系统样机.试验结果表明:系统具有较强的拓展性和自主重构能力,大大提高了热控系统的适应能力,测温稳定性优于±3mK/3h.

无线自组网实验教学平台的设计与实现

针对无线自组网技术的实验教学需要,设计并实现了一个无线自组网实验教学平台。该实验平台主要由无线自组网开发验证平台、多模干扰产生平台和网络性能分析评估平台组成,为用户提供无线自组网关键技术开发验证的实验环境。该平台可以让用户自主编程,完成数据链设计、路由协议开发、带宽与性能评估和抗干扰性能分析等关键技术研究,为教师和学生提供高水平教学和研究环境。

星载Q频段发射变频放大电路的研制

为了适应卫星通信向毫米波高频段快速发展的需求,设计实现了一款星载Q频段发射变频放大电路组件。首先,给出了发射变频放大电路的原理框图,通过优化电路布局将信号变频放大电路和本振信号倍频电路高度集成在一个组件内部,实现了组件的集成化和小型化,降低了电路的研制成本。其次,对发射变频放大电路组件的宽带特性进行优化设计,通过优化微带互联线的宽带阻抗匹配网络,同时采用加载短截线的方法增大波导-同轴-微带探针的工作带宽,有效地改善了发射变频放大电路在宽带内的增益平坦度特性。最后,对金属腔体和电源电路进行优化设计,提高电路的稳定性和可靠性。完成发射变频放大电路的加工测试并给出测试结果,整机联调验证后在型号任务中推广应用。

多域抗干扰技术

针对空间环境中强干扰情况下现有通信体制抗干扰能力较低的问题,提出了一种多域抗干扰技术.该技术以5G非正交多址(nonGorthogonalmultipleaccess,NOMA)技术为基础,引入稀疏矩阵概念,将以往集中在某一个域中的稀疏设计扩展到多个域中,在用户域、编码交织域、码域、频域及空域共同实现稀疏化,从而降低信号碰撞概率.对于单域而言,引入图样随机参数设计,使信号波形设计随机化,从而使信号近似白噪声化,降低信号相关性,最终实现提高信号的抗干扰能力.仿真结果表明:所提技术在强干扰情况下,能有效保证信号安全可靠通信,空域同向时宽带/窄带抗干扰能力达37dB/38dB,空域非同向时宽带/窄带抗干扰能力达96dB/95dB.

一种用于星间相干激光通信的频偏估计算法

载波频偏估计算法是星间相干激光通信系统解调算法的重要组成部分,算法性能直接决定后续判决的精度,对整个系统的通信性能起到了至关重要的作用。文章提出了一种基于快速傅里叶变换(FFT)和频谱细化方法相结合的两级频偏估计算法,利用星载设备较少的计算资源,实现了载波频偏粗估计和精细估计的高精度联合估计。仿真结果表明,当两级FFT点数分别为128和2048时,算法的信噪比阈值为8dB,当信噪比大于阈值时,算法的估计精度与基于FFT的频偏估计算法相当,归一化频率方差达到10^(-10),优于基于相位增量的频偏估计算法。此时,相较于基于FFT的频偏估计算法,本文所提算法的实数乘法和加法次数分别减少了25.17%和55.19%,因此算法复杂度大大降低。

基于Workbench-AQWA的铺管船托管架结构时程分析

选择上海振华重工设计制造的用于铺设海底管道铺管船托管架作为研究对象,通过AQWA软件得到铺管船与托管架的运动响应幅值算子(RAO),并通过时域分析计算铺管船与托管架在实际海况下的波浪载荷和加速度时程;采用OFFPIPE软件对不同管径、水深的管道-托管架模型(线-点模型)进行动态铺设分析并得到托辊反力;根据托管架受载的特点,以加速度时程作为托管架的载荷条件对其进行结构时程分析,对比在规则波与不规则波海况下的应力水平。研究成果为后续托管架设计奠定基础。

激光无线电能传输系统对准环节设计

激光对准是激光无线电能传输系统中接收端获得稳定能源的前提,激光传能对对准精度、稳定性和实时性提出了较高的要求,因此,提出了一种激光对准系统设计方法,并对感兴趣区域提取以及图像预处理方法进行了优化改进:一方面,通过引入MobileNet、增加空间注意力机制以及融合语义的方式改进SSD(single shot multi-Box detector)模型,使用改进模型训练并预测感兴趣区域,相较于原始模型,训练速度提升了71.67%,模型大小减小了52.48%,实时检测速度提升了295.30%,检测偏差显著减小;另一方面,对灰度化的权值进行了优化,并利用直方图实现阈值的自适应选取,采用椭圆拟合法及形心法检测光斑与信标中心点,优化图像处理方法能够有效提取光斑,减小光斑定位的误差。实验结果表明,改进的激光对准系统精度稳定在95%以上,能够满足实际应用中精度、速度与稳定性的要求。

基于AQWA的铺管船-托管架耦合模型

为分析海洋工程结构物在波浪中的运动响应,以用于铺设海底管道的铺管船和托管架为研究对象,阐述大尺度结构物(铺管船)与小尺度结构物(托管架、管道)分别适用的计算理论,采用AQWA软件对铺管船-托管架在不同浪向下的动力特性进行分析。通过频域水动力分析比较铺管船和托管架在规则波与不规则波下的6个自由度的运动,得到铺管船和托管架的运动响应幅值算子(response amplitude operator,RAO),通过时域分析计算铺管船和托管架在实际海况下的波浪载荷时程,为托管架强度分析奠定基础。

真空汽相焊冷却速率对多层板焊点质量的影响

为解决多层印制板真空汽相焊由于焊后冷却不足导致的焊点纹路问题,本文确定多层板焊点纹路出现的根本原因,对焊后冷却区进行改造,进而研究不同焊接工艺对焊点表面形貌、内部组织形貌及焊点力学性能的影响。实验结果表明,快冷下焊点形成的界面金属化合物(IMC)更薄,焊点组织也更加均匀,即Pb在Sn中的分布更弥散。快冷下形成的IMC层晶粒直径在1μm左右,剪切强度为17.26 MPa,较慢冷提高了43%,达到细晶强化的目的。此外,由于冷却速度过慢导致的焊点表面纹路缺陷也得到明显改善。

典型导弹天线雷电环境易损性试验及分析

为了使导弹在雷电环境条件下能够安全发射和飞行,对典型导弹天线在雷电电磁脉冲环境下开展易损性试验及分析,改进了飞行器典型天线设备雷电防护性能,突破了典型导弹天线的雷电电磁脉冲加固设计技术。

基于高层次综合的可编程晶振自适应配置技术

可编程晶振以其输出频率可编程的特性,非常适合应用在码速率可变的弹、箭或卫星测控通信系统中,但使用传统的基于RTL编程方式对可编程晶振进行配置存在抽象层级低、代码实现复杂、开发效率低、调试难度大等缺点;针对上述问题提出了一种基于高层次综合技术的可编程晶振自适应配置方案;利用高层次综合技术实现了晶振参数的浮点计算及IIC总线通信,并以此为基础实现了可编程晶振的自适应配置;经测试,相对于传统RTL实现方式,使用高层次综合技术实现可编程晶振的参数计算和配置,其代码量仅为前者的1/10至1/20,开发周期仅为前者的1/4至1/10,且代码运行效率并无明显降低;结果表明,高层次综合技术不仅能够有效提高FPGA在算法开发、数据处理等领域的设计、开发效率,在FPGA接口和时序设计方面也有较好的应用和推广价值。

基于星载数传系统的一种BCH码的译码方案

阐述太空中的恶劣环境影响,数据在存储传输过程中因为诸如单粒子效应而产生的错误,需要对于数据接收端接收到的可能存在错误数据进行检查以及纠错,用以保证数据结构的完整性与可靠性。在诸多检纠错码中,BCH码无疑是一种较为成熟的方案,探讨一种较为新型的BCH码译码方案,完成对于给定长度的数据进行译码,从而完成检错、纠错过程。

基于MQTT的分布式多任务星载应用消息交互方案

随着互联网+低轨卫星的到来,传统卫星由于在轨处理弱、通信机制单一、载荷及应用数据交互复杂等不能满足未来卫星的功能需求,因此,实现数据快速交互共享、数据实时处理、载荷及应用通信服务接口统一等已成为新的挑战。文章提出了基于MQTT通信协议的数据交互系统方案,实现了多个任务应用及各类载荷的通信和消息共享;应用交互功能服务开发简便、灵活,可快速将并发载荷及应用接入平台。该方案提供了统一通信交互接口,不仅可以实现消息的可靠传输,而且降低了应用程序及载荷的耦合程度,易于后续功能的开发、迭代升级、应用部署。

Ka波段宽带波导-微带转换结构设计与应用

为探索毫米波功放高功率稳定输出特性,设计研究了一种适用于Ka波段的共面输出新型波导-微带转换结构,采用HFSS仿真软件分析了结构可行性,并在样机上进行组装验证。通过优化转换结构,设计两段式微带的一体化结构矩形波导口作为射频输出,波导口尺寸为2.0mm×7.11mm,通过在波导微带探针结构中引入共面波导间的宽带互联结构,采用键合金丝串联微带与探针完成阻抗匹配,在确保薄膜探针可靠性组装的同时,可有效确保射频输出指标的一致性。最终产品性能测试覆盖33.5GHz~35.5GHz,实现了毫米波信号的优良传输,输出功率稳定保持40dBm~42dBm。该两段式微带-波导转换方式,具有功率较高、损耗较低的特点,加工一致性好,在微波毫米波领域具有非常广阔的应用前景。

Xilinx SRAM型FPGA抗辐射设计技术研究

针对Xilinx SRAM型FPGA在空间应用中的可行性,分析了Xilinx SRAM型FPGA的结构,以及空间辐射效应对这种结构FPGA的影响,指出SRAM型的FPGA随着工艺水平的提高、器件规模的增大和核电压的降低,抗总剂量效应不断提高,抵抗单粒子效应,尤其是单粒子翻转和单粒子瞬态脉冲的能力降低。分析了FPGA综合后常见的Half-latch在辐射环境中的影响并结合实际工程实践给出了解决上述问题的一些有用办法和注意事项,如,冗余设计、同步设计、算术逻辑运算结果校验、自检等。最后还提出一种基于COTS器件的“由顶到底”的星载信号处理平台结构,分析了这种结构在抵抗辐射效应时的优势。有关FPGA抗辐射的可靠性设计方法已经在某卫星通信载道中成功应用,并通过了各种卫星环境试验,该技术可以为有关航天电子设备设计提供参考。

一种星载阵列天线的高效波束赋形算法

随着有源相控阵和数字波束形成技术的应用,低轨道卫星通信多波束阵列天线不仅可以形成同时多个固定的对地等通量低旁瓣赋形波束,还具备了可以随着通信任务需求变化,动态调整方向图形状的能力.但是目前常用的高性能波束赋形算法,运算量较大,收敛速度慢,优化参数调整复杂,无法直接应用于在线实时计算.针对上述要求,提出了一种高效的迭代最小方差方向图综合方法.该方法采用方向图分区域加权逼近和方向图相位去约束技术,在满足较高的主瓣赋形精度和旁瓣电平控制等指标要求的前提下,具有迭代过程简单、优化参数少、算法稳健和运算量少等特点,可以部分满足要求波束方向图动态变化的卫星通信系统权重系数在线计算的需要.

嫦娥四号着陆器测控通信系统设计与验证

嫦娥四号着陆器测控通信系统负责搭建着陆器与地面站、中继卫星之间的测控通信链路,是任务工程目标实现的关键组成部分之一.针对嫦娥四号着陆器任务对测控通信系统任务需求,提出系统方案,给出测控通信系统关键环节的设计方法、实现技术路径、地面验证和在轨工作结果,可为未来的深空探测任务测控通信系统的设计与验证提供参考.

数字信号处理器抗辐射设计技术研究

分析了空间辐射效应对高性能数字信号处理器(DSP)的影响,并对单粒子效应引起的DSP故障模式进行了研究,结合工程实践从器件级和系统级两个层次给出了解决数字信号处理器的抗辐射加固设计技术.器件级的加固技术从存储区、控制寄存器、Cache、乘加器等角度给出解决DSP故障的一些有用方法;系统级的抗辐射设计技术则提出一种由高性能DSP和高可靠性的反熔丝FPGA为主要组成部分的“由顶到底”的星载信号处理平台体系结构,并分析了这种结构在提高DSP对抗空间单粒子效应时的优势.文章给出的有关DSP的可靠性设计方法已经在某卫星通信载荷中成功应用,并通过了各种卫星产品要求的环境试验,该抗辐射可靠性设计方法可以为有关航天电子设备的设计提供参考.

星用SRAM型FPGA加固设计方法研究

结合实际工程实践,给出了解决常见的FPGA辐射失效问题的一些方法;分析了辐射效应对FPGA综合过程中经常出现的Half-latch的影响,并给出了几种设计时需要考虑的解决方法;最后提出了一种基于低等级FPGA器件的“由顶到底”的星载信号处理平台结构,分析了这种结构在对付辐射效应时的优势。给出的有关大规模可配置电子器件的设计方法可以为航天电子设备的设计提供参考。

空间辐射效应对SRAM型FPGA的影响

以Xilinx的FPGA为例,结合相关试验数据,分析了空间总剂量效应、单粒子翻转、单粒子闩锁、单粒子功能中断、单粒子烧毁、单粒子瞬态脉冲和位移损伤等辐射效应对SRAMFPGA器件的漏极电流、阈值电压、逻辑功能等影响,分析了辐射效应的机理以及FPGA的失效模式。文章可以为SRAM型FPGA在航天领域中的应用提供参考。